Костамер – это структурно-функциональный компонент поперечно-полосатых мышечных клеток [1] , который соединяет саркомер мышцы с клеточной мембраной (т.е. сарколеммой). [2]
Костамеры представляют собой субсарколеммальные белковые сборки, выровненные по окружности в соответствии с Z-диском периферических миофибрилл . [3] [4] [5] Они физически связывают саркомеры, генерирующие силу, с сарколеммой в клетках поперечно-полосатых мышц и, таким образом, считаются одной из нескольких « ахиллесовых пят » скелетных мышц, критическим компонентом морфологии поперечно-полосатых мышц, нарушение которой, как полагают, напрямую способствует развитию нескольких различных миопатий . [6]
Комплекс белков, ассоциированных с дистрофином , также называемый комплексом гликопротеинов, ассоциированных с дистрофином (DGC или DAGC), [2] содержит различные интегральные и периферические мембранные белки, такие как дистрогликаны и саркогликаны , которые, как считается, отвечают за связывание внутренней цитоскелетной системы отдельных миофибрилл со структурными белками внеклеточного матрикса (такими как коллаген и ламинин ). Таким образом, это одна из особенностей сарколеммы, которая помогает связывать саркомер с внеклеточной соединительной тканью, как показали некоторые эксперименты. [7] Белок десмин также может связываться с комплексом DAG, и известно, что его области участвуют в передаче сигналов.
Костамеры представляют собой очень сложные сети белков и гликопротеинов, [8] и могут рассматриваться как состоящие из двух основных белковых комплексов: комплекса дистрофин-гликопротеин (DGC) и комплекса интегрин-винкулин-талин . [9] Саркогликаны DGC и интегрины комплекса интегрин-винкулин-талин прикрепляются непосредственно к филамину C, компоненту Z-диска, связывая эти белковые комплексы костамеров с комплексами Z-диска. [9] Другими словами, филамин C физически связывает два комплекса, которые составляют костамеры, с саркомерами, взаимодействуя с саркогликанами в DGC и интегринами комплекса интегрин-винкулин-талин. [9]
DGC состоит из периферических и интегральных белков, которые физически пересекают сарколемму и соединяют ECM с цитоскелетом на основе F-актина. [9] Основными белками DGC являются дистрофин , саркогликаны (включая альфа, бета, гамма и лямбда саркогликан), саркоспан , дистрогликан (альфа и бета) и синтрофин . [9] Считается, что эти белки играют важную роль в поддержании структурной целостности сарколеммы во время сокращения и растяжения, а потеря этих основных белков приводит к прогрессирующему повреждению, вызванному сокращением. [9]
Компоненты винкулина и талина комплекса интегрин-винкулин-талин представляют собой цитоскелетные белки, физически прикрепленные к костамеру в целом посредством компонентов интегрина, которые представляют собой трансмембранные белки, напрямую взаимодействующие с филамином С Z-диска. [9]
Костамеры имеют несколько основных функций. [8] [9] [10] Во-первых, они удерживают сарколемму на одной линии с саркомером во время сокращения и последующего расслабления. [10] Они также отвечают за латеральную передачу сократительной силы, генерируемой саркомером, сарколемме и внеклеточному матриксу . [9] [10] Только 20-30% от общей силы, генерируемой сокращением саркомера, передается продольно, что позволяет предположить, что большая часть силы, генерируемой саркомерами, передается в латеральном направлении, перпендикулярно сокращающимся миофибриллярным волокнам. [9] Большая часть силы, генерируемой саркомерами глубоко внутри мышечного волокна, передается перпендикулярно соседним миофибриллам, пока не достигнет периферических миофибрилл. В этой точке костамерный комплекс направляет силу через сарколемму во внеклеточный матрикс. Боковая передача силы костамерами помогает поддерживать равномерную длину саркомеров в соседних мышечных клетках, которые находятся под контролем различных двигательных единиц и, следовательно, не синхронизированы в своих активных сокращениях; иными словами, если одно мышечное волокно активно сокращается, а соседнее — нет, боковая передача силы помогает этому второму волокну также укорачиваться. [8] Костамеры также передают силы в противоположном направлении, передавая силы внешнего механического напряжения от сарколеммы к Z-диску. [9] Костамеры также участвуют в защите относительно слабой и лабильной сарколеммы от механических напряжений сокращения и растяжения. [8] [10] Белки механически поддерживают липидный бислой, а также могут способствовать организованному складыванию плазматической мембраны («фестонированию»), что минимизирует нагрузку на бислой во время сокращения и растяжения. [8] Наконец, костамеры также участвуют в организации механически связанной сигнализации. [9]
Дисфункция белков, участвующих в костамерах, способствует возникновению некоторых мышечных заболеваний, включая мышечные дистрофии и кардиомиопатии. [8] [10]
Костамеры — это динамические структуры. [8] Несколько исследований показали, что костамеры реагируют на механические, электрические и химические стимулы. [8] Например, механическое напряжение имеет решающее значение для регуляции экспрессии, стабильности и организации костамерного белка, а костамеры с дефицитом дистрофина могут ощущать повышенное механическое напряжение и пытаться компенсировать его с помощью рекрутинга филаментов. [8]